超高層建筑深基坑支護設(shè)計與施工

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　　1　工程概況

　　福州平安大廈系一座31層商住樓，高度115 m，占地面積4614 ㎡，總建筑面積37355 ㎡.設(shè)地下室3層，基坑平面尺寸56.6 m×36.5 m，自然地面標(biāo)高-1.65 m，坑底標(biāo)高-11.70 m，開挖深度10.05 m，土方開挖工作量約21000 m³.

　　2　地質(zhì)條件

　　擬建場地處于福州盆地中部，上部覆蓋層為海陸相沖積形成的砂性土，基底為燕山期中粗?；◢弾r。

　　在基坑支護樁埋深范圍內(nèi)，自上而下垂直分布地層為：雜填土，灰黑色，松散，夾碎石塊，厚度1.5～3.6 m；粘土，黃綠色，可塑，厚度2～3 m，容重γ=18.30 kN/m³，內(nèi)聚力C=50.66 kPa，內(nèi)摩擦角φ=14.19°；淤泥，深灰色，流塑（天然含水量55.8%～74.2%），厚度5.7～10.1 m，γ=18.10 kN/m³，C=7.92 kPa，φ=4.95°；粉質(zhì)粘土，褐黃色，可塑，厚度1.4～5.7 m，γ=17.50　kN/m³，C=19.90　kPa，φ=9.51°；含泥中細砂，灰白色，中密，粒徑0.10～0.25 mm，含泥量15%～20%，厚度2.7～10.4 m.

　　水文地質(zhì)情況：地下水位在自然地面下0.6～1.7 m，場地內(nèi)除淤泥、粘土層頂上貯有上層滯水外，還有埋藏于粘土層下中細砂至碎卵石的多層承壓水。對本工程而言，關(guān)鍵是要隔斷來自于含泥中細砂的承壓水（第一含水層）。經(jīng)現(xiàn)場抽水試驗，此含水層滲透系數(shù)k=1.62　m/d；單孔涌水量q=11.48　m³/d；影響半徑R=96.5m.

　　3　支護結(jié)構(gòu)設(shè)計

　　基坑支護結(jié)構(gòu)一般由垂直擋土結(jié)構(gòu)和水平支撐結(jié)構(gòu)組成，設(shè)計方案必須滿足以下2方面要求：保證邊坡穩(wěn)定及周圍建筑物、地下管線設(shè)施安全，不得引起擬建物正面五一路主干道開裂，影響市區(qū)交通；確?；娱_挖順利進行，并提供足夠的地下室施工作業(yè)空間。

　　根據(jù)上述要求，業(yè)主邀請了有關(guān)專家多次研討，經(jīng)可行性論證、方案比較，最后確定方案如下。

　　3.1　以鉆孔灌注樁作為基坑的擋土結(jié)構(gòu)，高壓旋噴樁形成止水帷幕（如圖1所示）

　圖1　深基坑支護樁平面布置圖

　　首先依據(jù)開挖各土層的的γ、C．φ值，當(dāng)把擋土樁視為彈性地基上的豎直構(gòu)件，基坑開挖面以下的土體視為直線變形體時，采用庫侖郎肯公式計算坑外側(cè)土壓力，然后考慮基坑面積、開挖深度、施工條件等綜合因素確定。本工程鉆孔擋土樁直徑800 mm，樁長23 m，樁端落在含泥中細砂層上，沿封口環(huán)梁中軸線布置，混凝土強度等級C25，配筋率0.8%，數(shù)量177根。

　　止水帷幕旋噴樁沿2根鉆孔擋土樁外切圓密布，計算樁徑500 mm，樁長15 m（阻隔上層滯水及第一含水層），水泥置換率18%～22%，數(shù)量179根。

　　3.2 水平支撐結(jié)構(gòu)由2層橢圓環(huán)形鋼筋混凝土梁和14根格構(gòu)式鋼架豎向支柱組成（如圖2所示）

圖2　支護結(jié)構(gòu)剖面圖

　　第一道水平支撐梁面標(biāo)高-3.35 m，斷面尺寸1000 mm×800 mm；第二道水平支撐梁面標(biāo)高-7.75 m，斷面尺寸1200 mm×800 mm.

　　設(shè)計采用雙層橢圓環(huán)梁及其臨時鋼架立柱與鉆孔擋土樁及其樁頂封口梁共同作用形成一個空間結(jié)構(gòu)來承受基坑開挖后側(cè)向土壓力、水壓力和附加壓力。兩相交的雙橢圓梁水平支撐見圖3，在基坑四周共形成了6個拱圈。眾所周知，拱圈結(jié)構(gòu)承受水平推力后產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力較小，并使水平支撐構(gòu)件完全處于受壓應(yīng)力狀態(tài)，有利于抵抗基坑外側(cè)壓力。相交雙橢圓水平支撐結(jié)構(gòu)除了受力狀態(tài)最佳外，還有一個優(yōu)點，就是基坑左右兩半形成無任何障礙物的寬闊空間，極有利于機械挖土及構(gòu)筑地下室時裝模、布筋、澆注混凝土作業(yè)。

圖3　第一道平面支撐結(jié)構(gòu)圖

　　經(jīng)計算水平支撐橢圓環(huán)梁混凝土強度等級為C25，其配筋計算可采用PK程序、TBSA程序計算疊加，配筋率0.7%，箍筋按構(gòu)造要求設(shè)置。

　　4　支護結(jié)構(gòu)施工與土方開挖

　　4.1　鉆孔擋土樁施工

　　鉆孔灌注樁作為擋土樁使用，施工時需注意：（1）樁孔施工順序應(yīng)按同一軸線5孔為一小組，3小組為一大組，跳隔循環(huán)施工，以避免已灌注的樁身混凝土受到破壞。（2）樁孔垂直度要求要比工程樁更嚴(yán)，一般≤0.5%L（L為樁長）。否則，同一編組最后一根樁難以施工到位，影響質(zhì)量。（3）鋼筋籠投放埋設(shè)要準(zhǔn)確，受拉、受壓區(qū)密布弧段欲放置于基坑內(nèi)外側(cè)方向，這樣才能發(fā)揮鋼筋在混凝土構(gòu)件中作用。

　　4.2　旋噴止水帷幕樁施工

　　按設(shè)計要求，本工程旋噴止水帷幕樁選用單層管法施工，噴漿壓力12～18 MPa，噴管提升速度15～20 cm/min，漿液水灰比1，水泥置換率≮15%.

　　4.3　封口梁、上下橢圓水平支撐環(huán)梁施工

　?。?）擋土樁頂封口梁及第一層（上層）橢圓水平支撐環(huán)梁先行施工。工藝流程是：定位放線→模板工程→鋼筋工程→混凝土工程。對拱圈與封口梁、角撐、立柱等交匯節(jié)點處，均應(yīng)采取加強措施，確保安全。

　　（2）根據(jù)先支撐后開挖原則，當(dāng)土方開挖至-7.75 m標(biāo)高時，停止挖土作業(yè)，按第一道水平支撐環(huán)梁施工方法施工第二道（下層）橢圓水平支撐環(huán)梁。

　　4.4　基坑土方開挖

　　依施工組織設(shè)計，本基坑工程土方開挖分3個階段進行。第一階段，從自然地面標(biāo)高-1.65 m挖至-3.35 m，挖深1.70 m（該標(biāo)高以上土體用M10水泥砂漿砌筑240 mm厚磚墻擋土），然后鑿去擋土樁頂疏松混凝土，施工樁頂封口梁及第一道橢圓水平支撐環(huán)梁。第二階段，待第一道水平支撐環(huán)梁混凝土強度達到設(shè)計值后，繼續(xù)開挖至-7.75 m，挖深4.40 m，施工第二道水平支撐環(huán)梁。第三階段，待第二道水平支撐環(huán)梁混凝土強度達到設(shè)計值后，繼續(xù)挖土至-11.70 m，挖深3.95m.最后一次開挖局部深度到達基底標(biāo)高后，要隨挖隨即澆搗300 mm厚C15毛石混凝土墊層，并使封底混凝土緊抵擋土樁。

　　4.5　土方開挖的注意事項

　?。?）采用機械開挖，注意防止挖掘機鏟斗碰撞損壞工程樁及臨時支柱。

　?。?）在土方開挖過程中，自始至終要做好排水、疏水、截水、降水工作。

　　（3）每日挖出的棄土，應(yīng)當(dāng)班運走，嚴(yán)禁基坑四周堆土過量（堆土高度≯1 m），否則會增加擋土樁的附加荷載。

　?。?）-10.70 m以下部分土體要采用人工挖掘及修整。承臺施工應(yīng)逐個進行，土方挖好后即刻澆搗鋼筋混凝土，避免大面積開挖或基坑長時間暴露。

　　5　施工監(jiān)測

　　由于影響基坑工程安全的不確定因素甚多，故需采取信息化施工，對基坑施工全過程進行監(jiān)測。

　?。?）根據(jù)埋設(shè)于擋土樁頂封口梁上10個位移觀測點監(jiān)測，擋土樁向基坑內(nèi)側(cè)方向最大水平位移S=34 mm≤40 mm，滿足一級安全等級的支護要求。

　?。?）經(jīng)橢圓環(huán)梁預(yù)埋鋼筋應(yīng)力計測定，拱圈水平支撐構(gòu)件均處于受壓狀態(tài)，壓應(yīng)力不大。

　?。?）開挖基坑底部未出現(xiàn)土體變形與隆起。

　?。?）基坑開挖作業(yè)自1997年12月8日開始至1998年3月29日結(jié)束，累計112天（含春節(jié)放假15天），正面五一路市區(qū)交通干道及地下管線未發(fā)現(xiàn)異常情況，周圍建筑物正常使用。

　　6　技術(shù)經(jīng)濟效果

　?。?）該基坑支護結(jié)構(gòu)工程總造價320萬元，按支護延長米計算17390元/m，按支護面積計1549元/㎡，按支護空間體積計153元/m³，比預(yù)算造價節(jié)約18.5%，效益可觀。

　?。?）本工程采用鉆孔擋土樁、高壓旋噴止水帷幕、雙層橢圓環(huán)梁水平支撐的支護結(jié)構(gòu)體系，技術(shù)先進，安全適用，經(jīng)濟合理。

　?。?）水平支撐拱圈結(jié)構(gòu)受力佳，空間大，極利于多層地下室施工，為類似深基坑施工提供了有益的經(jīng)驗。